Kipu Quantum Iskay Quantum Optimizer – API-Referenz

Qiskit Functions
Qiskit Functions — von Partnerorganisationen entwickelte vorgefertigte Tools — abstrahieren Teile des Softwareentwicklungs-Workflows, um die Erforschung von Algorithmen und die Anwendungsentwicklung im großen Maßstab zu vereinfachen und zu beschleunigen. Klicken Sie hier, um die Anleitung zu dieser Qiskit-Funktion anzuzeigen.
Iskay Quantum Optimizer – Leitfaden zu Qiskit-Funktionen

Eingaben

`problem`

Typ: Dict[str, float]

Die Koeffizienten des Optimierungsproblems, formuliert als QUBO/HUBO oder im Spin-Format. Weitere Informationen zur Problemstellung finden Sie unter „Zulässige Problemformate “.

Erforderlich: Ja
Beispiel: {"()": -21.0, "(0, 4)": 0.5,"(0, 2)": 0.5,"(0, 1)": 0.5,"(1, 3)": 0.5}

`problem_type`

Typ: str

Geben Sie an, ob die Problemkoeffizienten im binären (QUBO/HUBO) oder im Spin-Format vorliegen. Die beiden Möglichkeiten sind "spin" oder "binary". Weitere Informationen zur Problemstellung finden Sie unter „Zulässige Problemformate “.

Erforderlich: Ja
Beispiel: "spin"

`backend_name`

Typ: str

Name des Backends, an das die Abfrage gesendet werden soll

Erforderlich: Ja
Beispiel: "ibm_fez"

Optionen

Typ: Dict[str, Any]

Einstellungen zur Steuerung der Hardware-Übertragung, z. B. die Anzahl der Aufnahmen. Die Optionen für diese Funktion werden als verschachteltes Wörterbuch angegeben. Hier finden Sie die vollständige Liste der Optionen und ihrer Standardwerte.

Erforderlich: Nein
Beispiel: {"shots": 5000, "num_iterations": 3, "use_session": True, "seed_transpiler": 42}

Zulässige Problemformate

Die Argumente problem``problem_type und kodieren ein Optimierungsproblem der Form

\begin{align} \min_{(x_1, x_2, \ldots, x_n) \in D} C(x_1, x_2, \ldots, x_n) \nonumber \end{align}

C(x_1, ... , x_n) = a + \sum_{i} b_i x_i + \sum_{i, j} c_{i, j} x_i x_j + ... + \sum_{k_1, ..., k_m} g_{k_1, ..., k_m} x_{k_1} ... x_{k_m}

Durch die Auswahl problem_type = "binary"von legen Sie fest, dass die Kostenfunktion im binary Format vorliegt, was bedeutet, dass $D = \{0, 1\}^{n}$ gilt, d. h., die Kostenfunktion ist in QUBO/HUBO-Formulierung geschrieben.
Andererseits wird durch die Wahl problem_type = "spin"von die Kostenfunktion in der Ising-Formulierung geschrieben, wobei $D = \{-1, 1\}^{n}$ gilt.

Die Koeffizienten der Aufgabe sollten wie folgt in einem Wörterbuch kodiert werden:

\begin{align} \nonumber &\texttt{\{} \\ \nonumber &\texttt{"()"}&: \quad &a, \\ \nonumber &\texttt{"(i,)"}&: \quad &b_i, \\ \nonumber &\texttt{"(i, j)"}&: \quad &c_{i, j}, \\ \nonumber &\quad \vdots \\ \nonumber &\texttt{"(} k_1, ..., k_m \texttt{)"} &: \quad &g_{k_1, ..., k_m}, \\ \nonumber &\texttt{\}} \end{align}

Bitte beachten Sie, dass die Schlüssel des Wörterbuchs Zeichenfolgen sein müssen, die ein gültiges Tupel aus sich nicht wiederholenden Ganzzahlen enthalten.

Optionsliste

Iskay bietet durch optionale Parameter Möglichkeiten zur Feinabstimmung. Die Standardeinstellungen eignen sich zwar für die meisten Fälle, Sie können das Verhalten jedoch an spezifische Anforderungen anpassen:

`shots`

Typ: `int`

Standardwert: 10000

Quantenmessungen pro Iteration (höher = genauer)

`num_iterations`

Typ: `int`

Standardwert: 10

Algorithmus-Iterationen (mehr Iterationen können die Lösungsqualität verbessern)

`use_session`

Typ: `bool`

Standardwert: True

Nutzen Sie „ IBM “-Sitzungen, um Wartezeiten zu verkürzen

`seed_transpiler`

Typ: `int`

Standardwert: None

Einheit für die reproduzierbare Erstellung von Quantenschaltungen.

Startwertoptimierung : Beachten Sie, dass standardmäßig seed_transpiler``None auf gesetzt ist. Dadurch wird der automatische Optimierungsprozess des Transpilers aktiviert. In None diesem Fall startet das System einen Testlauf mit mehreren Startwerten und wählt denjenigen aus, der die beste Schaltungstiefe liefert, wobei die volle Leistungsfähigkeit des max_trials Parameters für jede Transpilationsstufe genutzt wird.

`direct_qubit_mapping`

Typ: `bool`

Standardwert: False

Ordne virtuelle Qubits direkt physikalischen Qubits zu

`job_tags`

Typ: `List[str]`

Standardwert: None

Benutzerdefinierte Tags für die Auftragsverfolgung

`preprocessing_level`

Typ: `int`

Standardwert: 0

Intensität der Vorverarbeitung (0–3).

Vorverarbeitungsstufen (0–3) : Besonders wichtig bei größeren Problemen, die derzeit nicht innerhalb der Kohärenzzeiten der Hardware verarbeitet werden können. Höhere Vorverarbeitungsstufen führen durch Approximationen bei der Problemtranspilierung zu geringerer Schaltungstiefe:

Stufe 0 : Exakte, längere Strecken
Stufe 1 : Gutes Gleichgewicht zwischen Genauigkeit und Annäherung, wobei nur die Tore mit Winkeln im untersten Zehntel ausgeschlossen werden
Stufe 2 : Etwas genauere Annäherung, wobei die Gates mit Winkeln im untersten 20. Perzentil herausgefiltert und bei der approximation_degree=0.95 Transpilierung verwendet werden
Stufe 3 : Höchste Annäherungsstufe, wobei die Gates im untersten 30. Perzentil entfernt und bei der approximation_degree=0.90 Transpilierung verwendet werden

`postprocessing_level`

Typ: `int`

Standardwert: 2

Verfeinerungsgrad der Lösung (0–2).

Nachbearbeitungsstufen (0–2) : Legt fest, in welchem Umfang klassische Optimierung zum Ausgleich von Bit-Flip-Fehlern durch eine unterschiedliche Anzahl von Greedy-Durchläufen einer lokalen Suche angewendet wird:

Stufe 0 : 1 Durchgang
Stufe 1 : 2 Durchgänge
Stufe 2 : 3 Durchgänge

`transpilation_level`

Typ: `int`

Standardwert: 0

Versuche zur Transpiler-Optimierung (0–5).

Transpiler-Stufen (0–5) : Steuerung der erweiterten Transpiler-Optimierungsversuche für die Kompilierung von Quantenschaltungen. Dies kann zu einem Anstieg des klassischen Overheads führen, und in manchen Fällen ändert sich die Schaltungstiefe dadurch möglicherweise nicht. Der Standardwert führt 2 in der Regel zu der kleinsten Schaltung und ist relativ schnell.

Stufe 0 : Optimierung der zerlegten DCQO-Schaltung (Layout, Verdrahtung, Zeitplanung)
Stufe 1 : Optimierung von PauliEvolutionGate und anschließend der zerlegten DCQO-Schaltung ( max_trials=10 )
Stufe 2 : Optimierung von PauliEvolutionGate und anschließend der zerlegten DCQO-Schaltung ( max_trials=15 )
Stufe 3 : Optimierung von PauliEvolutionGate und anschließend der zerlegten DCQO-Schaltung ( max_trials=20 )
Stufe 4 : Optimierung von PauliEvolutionGate und anschließend der zerlegten DCQO-Schaltung ( max_trials=25 )
Stufe 5 : Optimierung von PauliEvolutionGate und anschließend der zerlegten DCQO-Schaltung ( max_trials=50 )

`transpile_only`

Typ: `bool`

Standardwert: False

Verfügbar für Nutzer, die die Schaltungsoptimierung analysieren möchten, ohne den vollständigen Quantenalgorithmus auszuführen. Nützlich für die Schaltungsanalyse, Studien zur Tiefenoptimierung und zum Verständnis von Transpilations-Effekten, bevor die vollständige Ausführung gestartet wird.

Leistung auf Transpilationsebene

Eine Erhöhung der Anzahl von max_trials mit höheren Werten für transpilation_level führt zwangsläufig zu einer Verlängerung der Transpilierungszeit, verändert jedoch nicht immer die endgültige Schaltung – dies hängt stark von der jeweiligen Schaltungsstruktur und -komplexität ab. Bei manchen Schaltkreisen bzw. Problemen kann der Unterschied zwischen 10 Versuchen (Stufe 1) und 50 Versuchen (Stufe 5) jedoch enorm sein, sodass die Untersuchung dieser Parameter der Schlüssel zum erfolgreichen Finden einer Lösung sein könnte.

Ausgabe

Typ: `Dict[str, Any]`

Lösung und Metadaten. Die Struktur variiert je nach transpile_only Option.

Ergebnisverzeichnis

Die Struktur des Ergebniswörterbuchs hängt vom Ausführungsmodus ab:

`solution`

Typ: `Dict[str, int]`

Die sortierte Abbildung, bei der die Schlüssel numerisch sortierte Variablenindizes (als Zeichenfolgen) sind und die Werte die entsprechenden Variablenwerte (1/-1 bei Spin-Problemen, 1/0 bei binären Problemen).

Modus: Standard
Beispiel: {'0': -1, '1': -1, '2': -1, '3': 1, '4': 1}

`solution_info`

Typ: `Dict[str, Any]`

Ausführliche Informationen zur Lösung.

Modus: Standard
Beispiel: {'bitstring': '11100', 'cost': -13.8, 'seed_transpiler': 42, 'mapping': {0: 0, 1: 1, 2: 2, 3: 3, 4: 4}}
Standardausführung : Wenn der optionale Parameter transpile_only=Falseangegeben wird, siehe das nachfolgende Wörterbuch.

`bitstring`

Typ: `str`

Die Darstellung der Lösung als roher Bitstring.

`cost`

Typ: `float`

Das mit der Lösung verbundene Kosten-Nutzen-Verhältnis.

`seed_transpiler`

Typ: `int`

Der Zufallswert, der für den Transpiler verwendet wurde, der dieses Ergebnis erzeugt hat.

`mapping`

Typ: `Dict[int, int]`

Die ursprüngliche Zuordnung von Qubits zu Variablen, die bei der Berechnung verwendet wurde.

`qpu_time`

Typ: `float`, optional

Die Ausführungszeit der QPU in Sekunden.

Hinweise zur variablen Zuordnung

Das solution Wörterbuch wird aus dem Lösungsbitstring gewonnen, wobei das mapping Objekt zur Indizierung der Variablen verwendet wird.
Wenn problem_type=spin wir die Zuweisungs $1 \rightarrow -1, \quad 0 \rightarrow 1$ verwenden.
Die Schlüssel im Lösungswörterbuch sind Variablenindizes, die als Zeichenfolgen numerisch sortiert sind.

`prob_type`

Typ: `str`

Die Art des Optimierungsproblems (spin oder binary)

Modus: Standard
Beispiel: 'spin'

`transpilation_info`

Typ: `Dict[str, Any]`

Details zur Schaltungsanalyse und Transpilation.

Modus: Nur Transpile
Beispiel: {'best_seed': 42, 'transpilation_time_seconds': 50.06, 'transpiled_circuit': {'depth': 576, 'gate_count': 4177, 'num_qubits': 156, 'width': 176, 'operations': {'sx': 1325, 'rx': 891, 'cz': 783, 'rz': 650, 'rzz': 466, 'x': 42, 'measure': 20}}}
Transpilation-Analyse : Wenn der optionale Parameter transpile_only=Trueangegeben wird, siehe das folgende Wörterbuch:

`best_seed`

Typ: `int`

Der für die Transpilation ermittelte optimale Startwert.

`transpilation_time_seconds`

Typ: `float`

Dauer des Transpilation-Prozesses.

`transpiled_circuit`

Typ: `Dict`

Schaltungsanalyse mit folgenden Inhalten:

depth

Typ: `int`

Schichtanzahl

gate_count

Typ: `int`

Gesamtzahl der Gatter in der Schaltung.

num_qubits

Typ: `int`

Anzahl der verwendeten Qubits.

width

Typ: `int`

Leiterbahnbreite.

operations

Typ: `Dict[str, int]`

Anzahl der verwendeten Gattertypen.

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